north european power perspectives SOMMARLÄSNING Utbyggnaden av förnybar kraft och dess påverkan på elpris och investeringar i icke förnybar kraft Chalmers Uthålliga energisystem och Profu NEPP report Maj 213
Utbyggnaden av förnybar kraft och dess påverkan på elpris och investeringar i icke förnybar kraft Idag existerar ett antal olika stödsystem för förnybar elproduktion inom EU. Exempelvis har Sverige tillsammans med Norge sedan 1 jan 212 en gemensam marknad för elcertifikat medan till exempel Tyskland, Danmark och Finland valt nationella system med feed in tariffer. Oavsett stödsystem blir följden att utbudet av produktionskapacitet ökar vilket, allt annat lika, leder till en press nedåt på producentpriserna på el. Beroende på hur stödsystemen är konstruerade och finansierade kan detta leda till att vissa elkonsumenter, till exempel de som inte omfattas av elcertifikatplikt som den elintensiva industrin, kan åtnjuta något lägre elpriser än vad fallet varit utan det riktade stödet för förnybar el. Andra konsumenter däremot som via sina elräkningar är med och finansierar stödet får rimligen högre elpriser. Systemeffekter av en ökad utbyggnad av förnybar elproduktion i Nordeuropa studerades till exempel i NEP projektet (Nordic Energy Perspectives 21) 1 genom modellanalys av effekter av stigande intäkter för förnybar elproduktion för ett givet modellår. Ju högre intäkt (till exempel via en elcertifikatmarknad) desto större investeringar i förnybar elproduktion och desto större total nordisk kraftproduktion (se Figur 1, till vänster). 2 Exporten ut från Norden ökar därmed ju högre intäkten är för de förnybara investeringarna. Ökat utbud av förnybar kraft pressar systempriset neråt Samtidigt pressas systempriset på el ner av det ökade utbudet (Figur 1, till höger). Även om nettoeffekten är en ökning i total nordisk kraftproduktion så leder expansionen av förnybart också till att konventionell fossilkraft i Norden delvis trängs undan. Detta är ett resultat av försämrad lönsamhet på grund av lägre elpriser i produktionsledet till följd av det ökade utbudet av förnybar kraft med relativt låga rörliga kostnader. Därmed minskar också CO 2 utsläppen. Om vi däremot tillåter utbyggnation av överföringskapaciteten till Kontinenten blir producentprisminskningen inte lika påtaglig (Figur 1, till höger). Detta beror på att exporten kan öka ytterligare och skillnaden mellan de högre kontinentala elpriserna och de nordiska priserna minskar. 1 NEP 21, Towards a sustainable Nordic energy system, ISBN: 978 91 978585 8 8. 2 Beräkningarna utgjorde en del i en analys av en tänkt gemensam nordeuropeisk elcertifikatmarknad med olika nivåer på elcertifikatpriset. Analysen är dock lika relevant mot bakgrund av andra gemensamma stödsystem. Det viktiga här är att se på effekterna av att öka den förnybara elproduktionen i Norden. Hur denna tillkommit är i detta sammanhang av mindre betydelse. På grund av de nordiska ländernas komparativa fördelar för ny förnybar elproduktion som diskuterades i ett tidigare avsnitt, så är expansionen av förnybart på en eventuell gemensam europeisk elcertifikatmarknad relativt sett större i de nordiska länderna. 1
6 5 6 5 TWh 4 3 2 1 27 Ref 1 2 4 SEK/MWh cert. Hydro Nuclear Coal+oil Gas Biomass+peat+waste Wind+PV Gross demand Figur 1 Nordisk kraftproduktion vid olika elcertifikatprisnivåer (på en tänkt heleuropeisk elcertifikatmarknad) till vänster samt priser på den nordiska elmarknaden, till höger. Modellår 22 (1 EUR 9 SEK, 211) 3 EUR/MWh 4 3 2 1 Ref 1 SEK/MWh cert Incl new interconnectors 2 SEK/MWh cert Exist interconnectors 4 SEK/MWh cert Beräkningsresultaten i Figur 1 bygger på MARKAL NORDIC beräkningar. Modellresultaten bekräftades av ECON Classic beräkningar under samma projekt. ECON Classic är en mer renodlad kraftmarknadsmodell än MARKAL NORDIC som i sin tur täcker hela det stationära energisystemet. Figur 2 visar motsvarande effekt på de nordeuropeiska systempriserna på el baserat på ECON Classicanalyser. 4 De gröna och blå staplarna som visar elpriserna i de nordiska länderna minskar i takt med att stödsystemet för förnybart införs (i detta exempel som ett gemensamt elcertifikatsystem; jämför No TGC trade med Base ) och utvidgas till att omfatta hela Europa ( TGC trade ). En utvidgad marknad innebär generellt högre elcertifikatintäkter för producenterna i Norden eftersom marginalkostnaden för att generera förnybar el antas vara högre på Kontinenten än i Norden. Priset på elcertifikaten skulle därmed styras av marginalkostnaden på Kontinenten. De grå staplarna visar de kontinentala elpriserna som inte påverkas alls i samma utsträckning. 3 Källa: NEP projektet 21, Towards a sustainable Nordic energy system, ISBN: 978 91 978585 8 8. 4 I dessa beräkningar var ansatsen något annorlunda. Där testades inte olika prisnivåer på en gemensam elcertifikatmarknad utan där jämfördes istället ett fall med nationella elcertifikatmarknader med ett fall med en gemensam europeisk marknad. Resultatet är dock detsamma, nämligen en ökning av förnybar (och total) elproduktion i Norden och den prispress detta leder till på den nordiska marknaden i synnerhet om inga nya kablar till Kontinenten byggs 2
7 6.5 SF-NO-SE DK DE-NL 6 Eurocent/kWh 5.5 5 4.5 4 3.5 3 Base No TGC trade TGC Trade Figur 2 Elpriser på den nordeuropeiska elmarknaden (ECON Classic beräkningar), 1 EUR 9 SEK, 211. 5 Större svängningar i elpriset Förutom en generell press nedåt på råkraftpriset genom det ökade utbudet (vars kostnader alltså delvis tas via stödsystemen) leder också en ökande andel förnybar och varierande förnybar elproduktion till större svängningar i elpriset. Detta har att göra med variabiliteten i vindkraft och solel. Under Pathwaysprojektets första fas (Chalmers 211) gjordes detaljerade analyser av det europeiska kraftsystemets utveckling mot mycket låga CO 2 utsläpp 25. 6 Under analysarbetet studerades också systemeffekter av höga andelar vindkraft. Ett sådant resultat från projektet redovisas i Figur 3. Två modellberäkningar med olika produktionskapacitet för vindkraft i Tyskland, dels 1 TWh på årsbasis och dels 5 TWh på årsbasis och där all övrig kapacitet är densamma, visar hur framförallt kol och gaskraft minskar i Tyskland då vindkraften antas producera enligt den högre produktionskapaciteten. 7 Dessutom ökar den tyska exporten samtidigt som importen minskar (skillnaden mellan total produktion, det vill säga staplarna i figuren, och elbehov, det vill säga den heldragna linjen). Svängningarna i vindkraftproduktion beror på fluktuationer i vindtillgång vilket får direkta konsekvenser för den kortsiktiga marginalkostnaden för el Detta blir särskilt tydligt i fallet med den högre vindkraftproduktionen där marginalkostnaden kan nå mycket låga nivåer i synnerhet då hög vindkrafttillgång sammanfaller med låglastperioder som till exempel nätter. Vid god vindtillgång ersätts de dyrare kraftslagen på marginalen, till exempel kolkraft, vilket pressar ner marginalkostnaderna. Givet att den installerade vindkraftkapaciteten är stor kan marginalkostnaden för el i sådana fall bli väldigt låg. Och omvänt, vid tider på året med sämre vindförhållanden, kan marginalkostnaden för el bli relativt sett hög eftersom man då måste ta anläggningar i anspråk med relativt höga rörliga kostnader. 5 Källa: NEP projektet 21, Towards a sustainable Nordic energy system, ISBN: 978 91 978585 8 8. 6 Chalmers/AGS 211, European Energy Pathways Pathways to a Sustainable European Energy System, ISBN: 978 91 978585 1 9 7 Beräkningarna är gjorda med EPOD modellen under Pathwaysprojektets första fas 211. Figurerna visar utfallet för modellår 225 i ett scenario där kärnkraften inte avvecklas i Tyskland. År 21 producerade den tyska vindkraften nästan 4 TWh (BMU 212, Erneuerbare Energien in Zahlen Nationale und Internationale Entwicklung, http://www.erneuerbareenergien.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/broschuere_ee_zahlen_bf.pdf 3
12 1 8 MWh/hr 6 4 2 6 5 4 3 2 1 /MWh 12 6 Reg hydro Gas Coal Lignite CCS Lignite Biofuel Nuclear Onshore wind Offshore wind Non reg hydro Demand Marginal cost 1 8 6 4 2 5 4 3 2 1 MWh/hr /MWh Reg hydro Gas Coal Lignite CCS Lignite Biofuel Nuclear Onshore wind Offshore wind Hour no Figur 3 Modellberäknad elproduktion och marginalkostnad för el i Tyskland under ett 48 timmars lastavsnitt (vintertid) med 1 TWh vindkraft på årsbasis (till vänster) respektive 5 TWh vindkraft (till höger). Källa: EPOD beräkningar, Pathwaysprojektet 211 Hour no I Figur 4 har marginalkostnaderna för de bägge beräkningsfallen plottats in i samma diagram. Därmed blir också det som sagts ovan tydligt: en hög andel förnybar varierande elproduktion leder till större variationer i marginalkostnad och därmed elpris. Dessutom blir medelpriset på el lägre. I vårt exempel är skillnaden mellan min och max värdena 1 EUR/MWh under lastavsnittet i fallet med den lägre produktionskapaciteten för vindkraft medan motsvarande skillnad är mer än 15 EUR/MWh i fallet med den högre produktionskapaciteten för vindkraft. Anledningen till att marginalkostnaden för el påverkas av olika produktionsvolymer för vindkraft beror på, som tidigare antytts, att de dyraste driftsatta anläggningarna, de som producerar på marginalen, påverkas. Detta kan till exempel innebära att om vindkraftproduktionen ökar med en viss andel så kan en anläggning på marginalen ersättas av en annan anläggning längre ner i utbudskurvan (som då i sin tur blir marginalproducent) med ett annat billigare bränsle eller med samma bränsle men en högre verkningsgrad. Incitamenten för investeringar i icke förnybar kraft minskar Kombinationen av ökande fluktuationer i elpris respektive den potentiella sänkningen av medelpriset på el över året, till följd av ökande volymer förnybar elproduktion som fasas in via olika stödsystem, innebär att incitamenten för investeringar i icke förnybar baslastproduktion påverkas negativt. Detta gäller naturligtvis i allra högsta grad investeringar i ny kärnkraft. Vid tillräckligt höga förnybarhetsmål och/eller effektiviseringsmål kan det nordiska elpriset hamna på sådana nivåer, även på lång sikt, att investeringar i ny kärnkraft inte är lönsamma givet de kostnadsantaganden vi gör här (omkring 5 55 öre/kwh). 8 8 En diskussion kring vilken effekt de olika energi och klimatpolitiska målen skulle kunna få på investeringsviljan för ny kärnkraft i Norden, och vilka konsekvenser detta skulle kunna få för den nordiska kraftproduktionen, förs i till exempel IEA/Nordisk Energy Research 213, Nordic Energy Technology Perspectives Pathways to a carbon neutral energy future, ISBN: 978 82 92874 24, sidorna 74 75. 4
Figur 4 Modellberäknad marginalkostnad för elproduktion i Tyskland under ett 48 timmars lastavsnitt (vintertid) med 1 TWh vindkraft på årsbasis (grön linje, Germany, ref ) respektive 5 TWh vindkraft (blå linje, Germany, 5% wind ). Källa: EPOD beräkningar, Pathwaysprojektet 211 I Tyskland har man dessutom kunnat observera ett annat elprisfenomen de senaste åren Det har att göra med den mycket stora expansionen av solelsproduktion (se Figur 5) Det handlar om att solelen tydligt har jämnat ut prisdifferensen mellan dygnets låglastsegment, typiskt nattetid, och dygnets höglastsegment, typiskt mitt på dagen. Detta är en följd av att tidpunkten under dygnet då solcellerna producerar som mest sammanfaller med dygnets höglastperiod. Under de år då omkring 3 GW solceller byggts ut i Tyskland har råkraftpriserna mellan kl 8 och kl 18 fallit relativt priserna under natten. Då prisnivån mitt på dagen under sommaren tidigare låg omkring 8% högre än dygnets medelpris, ligger skillnaden idag endast på ca 15%. Detta är med andra ord en motsatt effekt till det som beskrevs i föregående avsnitt och som var kopplat till vindkraft och den ökande variabiliteten i elpris. Här har solelsproduktionen istället haft en utjämnande priseffekt över dygnet. 3 25 MWp, GWh 2 15 1 MWp GWh 5 199 1992 1994 1996 1998 2 22 24 26 28 21 Figur 5 Installerad kapacitet och elproduktion för solceller i Tyskland (BMU 212, Erneuerbare Energien in Zahlen Nationale und internationale Entwicklung ) 5
Figur 6 Normerad prisstruktur på el medelvärdesbildad över sommardygnen mellan 26 och 212 i Tyskland. 9 Staplarna visar motsvarande kapacitetsfaktor för solelsproduktionen i Tyskland (avläses mot den högra y axeln). Detta har fått vissa negativa konsekvenser för viljan att investera i konventionell spetslastproduktion, till exempel i gasturbiner. Lönsamheten för dessa styrs i mångt och mycket av prisdifferensen mellan höglast och låglastavsnitten. 1 9 Hirth, Lion (212): The Market Value of Variable Renewables, Energy Economics (forthcoming). An earlier version is available as USAEE Working Paper 211237. 1 Bizz Energy (212), artikel om spetslastkraft i Tyskland, nr 4/12, sid 2 23. 6
Utbyggnaden av förnybar kraft och dess påverkan på elpris och investeringar i icke förnybar kraft Idag existerar ett antal olika stödsystem för förnybar elproduktion inom EU. Exempelvis har Sverige tillsammans med Norge sedan 1 jan 212 en gemensam marknad för elcertifikat medan till exempel Tyskland, Danmark och Finland valt nationella system med feed in tariffer. Oavsett stödsystem blir följden att utbudet av produktionskapacitet ökar vilket, allt annat lika, leder till en press nedåt på producentpriserna på el. Beroende på hur stödsystemen är konstruerade och finansierade kan detta leda till att vissa elkonsumenter, till exempel de som inte omfattas av elcertifikatplikt som den elintensiva industrin, kan åtnjuta något lägre elpriser än vad fallet varit utan det riktade stödet för förnybar el. Andra konsumenter däremot som via sina elräkningar är med och finansierar stödet får rimligen högre elpriser. Systemeffekter av en ökad utbyggnad av förnybar elproduktion i Nordeuropa studerades till exempel i NEP projektet (Nordic Energy Perspectives 21) 1 genom modellanalys av effekter av stigande intäkter för förnybar elproduktion för ett givet modellår. Ju högre intäkt (till exempel via en elcertifikatmarknad) desto större investeringar i förnybar elproduktion och desto större total nordisk kraftproduktion (se Figur 1, till vänster). 2 Exporten ut från Norden ökar därmed ju högre intäkten är för de förnybara investeringarna. Ökat utbud av förnybar kraft pressar systempriset neråt Samtidigt pressas systempriset på el ner av det ökade utbudet (Figur 1, till höger). Även om nettoeffekten är en ökning i total nordisk kraftproduktion så leder expansionen av förnybart också till att konventionell fossilkraft i Norden delvis trängs undan. Detta är ett resultat av försämrad lönsamhet på grund av lägre elpriser i produktionsledet till följd av det ökade utbudet av förnybar kraft med relativt låga rörliga kostnader. Därmed minskar också CO 2 utsläppen. Om vi däremot tillåter utbyggnation av överföringskapaciteten till Kontinenten blir producentprisminskningen inte lika påtaglig (Figur 1, till höger). Detta beror på att exporten kan öka ytterligare och skillnaden mellan de högre kontinentala elpriserna och de nordiska priserna minskar. 1 NEP 21, Towards a sustainable Nordic energy system, ISBN: 978 91 978585 8 8. 2 Beräkningarna utgjorde en del i en analys av en tänkt gemensam nordeuropeisk elcertifikatmarknad med olika nivåer på elcertifikatpriset. Analysen är dock lika relevant mot bakgrund av andra gemensamma stödsystem. Det viktiga här är att se på effekterna av att öka den förnybara elproduktionen i Norden. Hur denna tillkommit är i detta sammanhang av mindre betydelse. På grund av de nordiska ländernas komparativa fördelar för ny förnybar elproduktion som diskuterades i ett tidigare avsnitt, så är expansionen av förnybart på en eventuell gemensam europeisk elcertifikatmarknad relativt sett större i de nordiska länderna. 1
6 5 6 5 TWh 4 3 2 1 27 Ref 1 2 4 SEK/MWh cert. Hydro Nuclear Coal+oil Gas Biomass+peat+waste Wind+PV Gross demand Figur 1 Nordisk kraftproduktion vid olika elcertifikatprisnivåer (på en tänkt heleuropeisk elcertifikatmarknad) till vänster samt priser på den nordiska elmarknaden, till höger. Modellår 22 (1 EUR 9 SEK, 211) 3 EUR/MWh 4 3 2 1 Ref 1 SEK/MWh cert Incl new interconnectors 2 SEK/MWh cert Exist interconnectors 4 SEK/MWh cert Beräkningsresultaten i Figur 1 bygger på MARKAL NORDIC beräkningar. Modellresultaten bekräftades av ECON Classic beräkningar under samma projekt. ECON Classic är en mer renodlad kraftmarknadsmodell än MARKAL NORDIC som i sin tur täcker hela det stationära energisystemet. Figur 2 visar motsvarande effekt på de nordeuropeiska systempriserna på el baserat på ECON Classicanalyser. 4 De gröna och blå staplarna som visar elpriserna i de nordiska länderna minskar i takt med att stödsystemet för förnybart införs (i detta exempel som ett gemensamt elcertifikatsystem; jämför No TGC trade med Base ) och utvidgas till att omfatta hela Europa ( TGC trade ). En utvidgad marknad innebär generellt högre elcertifikatintäkter för producenterna i Norden eftersom marginalkostnaden för att generera förnybar el antas vara högre på Kontinenten än i Norden. Priset på elcertifikaten skulle därmed styras av marginalkostnaden på Kontinenten. De grå staplarna visar de kontinentala elpriserna som inte påverkas alls i samma utsträckning. 3 Källa: NEP projektet 21, Towards a sustainable Nordic energy system, ISBN: 978 91 978585 8 8. 4 I dessa beräkningar var ansatsen något annorlunda. Där testades inte olika prisnivåer på en gemensam elcertifikatmarknad utan där jämfördes istället ett fall med nationella elcertifikatmarknader med ett fall med en gemensam europeisk marknad. Resultatet är dock detsamma, nämligen en ökning av förnybar (och total) elproduktion i Norden och den prispress detta leder till på den nordiska marknaden i synnerhet om inga nya kablar till Kontinenten byggs 2
7 6.5 SF-NO-SE DK DE-NL 6 Eurocent/kWh 5.5 5 4.5 4 3.5 3 Base No TGC trade TGC Trade Figur 2 Elpriser på den nordeuropeiska elmarknaden (ECON Classic beräkningar), 1 EUR 9 SEK, 211. 5 Större svängningar i elpriset Förutom en generell press nedåt på råkraftpriset genom det ökade utbudet (vars kostnader alltså delvis tas via stödsystemen) leder också en ökande andel förnybar och varierande förnybar elproduktion till större svängningar i elpriset. Detta har att göra med variabiliteten i vindkraft och solel. Under Pathwaysprojektets första fas (Chalmers 211) gjordes detaljerade analyser av det europeiska kraftsystemets utveckling mot mycket låga CO 2 utsläpp 25. 6 Under analysarbetet studerades också systemeffekter av höga andelar vindkraft. Ett sådant resultat från projektet redovisas i Figur 3. Två modellberäkningar med olika produktionskapacitet för vindkraft i Tyskland, dels 1 TWh på årsbasis och dels 5 TWh på årsbasis och där all övrig kapacitet är densamma, visar hur framförallt kol och gaskraft minskar i Tyskland då vindkraften antas producera enligt den högre produktionskapaciteten. 7 Dessutom ökar den tyska exporten samtidigt som importen minskar (skillnaden mellan total produktion, det vill säga staplarna i figuren, och elbehov, det vill säga den heldragna linjen). Svängningarna i vindkraftproduktion beror på fluktuationer i vindtillgång vilket får direkta konsekvenser för den kortsiktiga marginalkostnaden för el Detta blir särskilt tydligt i fallet med den högre vindkraftproduktionen där marginalkostnaden kan nå mycket låga nivåer i synnerhet då hög vindkrafttillgång sammanfaller med låglastperioder som till exempel nätter. Vid god vindtillgång ersätts de dyrare kraftslagen på marginalen, till exempel kolkraft, vilket pressar ner marginalkostnaderna. Givet att den installerade vindkraftkapaciteten är stor kan marginalkostnaden för el i sådana fall bli väldigt låg. Och omvänt, vid tider på året med sämre vindförhållanden, kan marginalkostnaden för el bli relativt sett hög eftersom man då måste ta anläggningar i anspråk med relativt höga rörliga kostnader. 5 Källa: NEP projektet 21, Towards a sustainable Nordic energy system, ISBN: 978 91 978585 8 8. 6 Chalmers/AGS 211, European Energy Pathways Pathways to a Sustainable European Energy System, ISBN: 978 91 978585 1 9 7 Beräkningarna är gjorda med EPOD modellen under Pathwaysprojektets första fas 211. Figurerna visar utfallet för modellår 225 i ett scenario där kärnkraften inte avvecklas i Tyskland. År 21 producerade den tyska vindkraften nästan 4 TWh (BMU 212, Erneuerbare Energien in Zahlen Nationale und Internationale Entwicklung, http://www.erneuerbareenergien.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/broschuere_ee_zahlen_bf.pdf 3
12 1 8 MWh/hr 6 4 2 6 5 4 3 2 1 /MWh 12 6 Reg hydro Gas Coal Lignite CCS Lignite Biofuel Nuclear Onshore wind Offshore wind Non reg hydro Demand Marginal cost 1 8 6 4 2 5 4 3 2 1 MWh/hr /MWh Reg hydro Gas Coal Lignite CCS Lignite Biofuel Nuclear Onshore wind Offshore wind Hour no Figur 3 Modellberäknad elproduktion och marginalkostnad för el i Tyskland under ett 48 timmars lastavsnitt (vintertid) med 1 TWh vindkraft på årsbasis (till vänster) respektive 5 TWh vindkraft (till höger). Källa: EPOD beräkningar, Pathwaysprojektet 211 Hour no I Figur 4 har marginalkostnaderna för de bägge beräkningsfallen plottats in i samma diagram. Därmed blir också det som sagts ovan tydligt: en hög andel förnybar varierande elproduktion leder till större variationer i marginalkostnad och därmed elpris. Dessutom blir medelpriset på el lägre. I vårt exempel är skillnaden mellan min och max värdena 1 EUR/MWh under lastavsnittet i fallet med den lägre produktionskapaciteten för vindkraft medan motsvarande skillnad är mer än 15 EUR/MWh i fallet med den högre produktionskapaciteten för vindkraft. Anledningen till att marginalkostnaden för el påverkas av olika produktionsvolymer för vindkraft beror på, som tidigare antytts, att de dyraste driftsatta anläggningarna, de som producerar på marginalen, påverkas. Detta kan till exempel innebära att om vindkraftproduktionen ökar med en viss andel så kan en anläggning på marginalen ersättas av en annan anläggning längre ner i utbudskurvan (som då i sin tur blir marginalproducent) med ett annat billigare bränsle eller med samma bränsle men en högre verkningsgrad. Incitamenten för investeringar i icke förnybar kraft minskar Kombinationen av ökande fluktuationer i elpris respektive den potentiella sänkningen av medelpriset på el över året, till följd av ökande volymer förnybar elproduktion som fasas in via olika stödsystem, innebär att incitamenten för investeringar i icke förnybar baslastproduktion påverkas negativt. Detta gäller naturligtvis i allra högsta grad investeringar i ny kärnkraft. Vid tillräckligt höga förnybarhetsmål och/eller effektiviseringsmål kan det nordiska elpriset hamna på sådana nivåer, även på lång sikt, att investeringar i ny kärnkraft inte är lönsamma givet de kostnadsantaganden vi gör här (omkring 5 55 öre/kwh). 8 8 En diskussion kring vilken effekt de olika energi och klimatpolitiska målen skulle kunna få på investeringsviljan för ny kärnkraft i Norden, och vilka konsekvenser detta skulle kunna få för den nordiska kraftproduktionen, förs i till exempel IEA/Nordisk Energy Research 213, Nordic Energy Technology Perspectives Pathways to a carbon neutral energy future, ISBN: 978 82 92874 24, sidorna 74 75. 4
Figur 4 Modellberäknad marginalkostnad för elproduktion i Tyskland under ett 48 timmars lastavsnitt (vintertid) med 1 TWh vindkraft på årsbasis (grön linje, Germany, ref ) respektive 5 TWh vindkraft (blå linje, Germany, 5% wind ). Källa: EPOD beräkningar, Pathwaysprojektet 211 I Tyskland har man dessutom kunnat observera ett annat elprisfenomen de senaste åren Det har att göra med den mycket stora expansionen av solelsproduktion (se Figur 5) Det handlar om att solelen tydligt har jämnat ut prisdifferensen mellan dygnets låglastsegment, typiskt nattetid, och dygnets höglastsegment, typiskt mitt på dagen. Detta är en följd av att tidpunkten under dygnet då solcellerna producerar som mest sammanfaller med dygnets höglastperiod. Under de år då omkring 3 GW solceller byggts ut i Tyskland har råkraftpriserna mellan kl 8 och kl 18 fallit relativt priserna under natten. Då prisnivån mitt på dagen under sommaren tidigare låg omkring 8% högre än dygnets medelpris, ligger skillnaden idag endast på ca 15%. Detta är med andra ord en motsatt effekt till det som beskrevs i föregående avsnitt och som var kopplat till vindkraft och den ökande variabiliteten i elpris. Här har solelsproduktionen istället haft en utjämnande priseffekt över dygnet. 3 25 MWp, GWh 2 15 1 MWp GWh 5 199 1992 1994 1996 1998 2 22 24 26 28 21 Figur 5 Installerad kapacitet och elproduktion för solceller i Tyskland (BMU 212, Erneuerbare Energien in Zahlen Nationale und internationale Entwicklung ) 5
Figur 6 Normerad prisstruktur på el medelvärdesbildad över sommardygnen mellan 26 och 212 i Tyskland. 9 Staplarna visar motsvarande kapacitetsfaktor för solelsproduktionen i Tyskland (avläses mot den högra y axeln). Detta har fått vissa negativa konsekvenser för viljan att investera i konventionell spetslastproduktion, till exempel i gasturbiner. Lönsamheten för dessa styrs i mångt och mycket av prisdifferensen mellan höglast och låglastavsnitten. 1 9 Hirth, Lion (212): The Market Value of Variable Renewables, Energy Economics (forthcoming). An earlier version is available as USAEE Working Paper 211237. 1 Bizz Energy (212), artikel om spetslastkraft i Tyskland, nr 4/12, sid 2 23. 6
Utmaningarna i klimatomsta llningen inom industrin och transportsektorn Vi har i NEPP introducerat en ny metod med vilken vi kan ange och utvärdera utmaningarna i klimatomställningen i olika scenarier. I denna metodutveckling har vi analyserat: 213 2 28, BR EU:s Roadmap scenarier NEPP:s scenarier för el och energisystemets utveckling Norden I denna PM beskriver vi hur vi vidareutvecklat metoden, och genomfört sektorvisa analyser av: Scenarier för svensk industris utveckling Roadmaps för transportsektorns utveckling i Sverige Innan vi redovisar dessa sektorvisa resultat, ger vi en kort genomgång av metodansatsen. Metodansats Den metod vi tagit fram bygger på scorecard principen, och grupperar utmaningarna i omställningen i tre valörer: grönt, gult och rött. Resultaten från metoden är därigenom mycket lätta att förstå, de är mycket illustrativa och de är lätta att kommunicera. I metoden gör vi en samlad värdering, eller poängbedömning, av utmaningarna och klassar dem därefter i rött, gult eller grönt. I figuren nedan har vi givit några exempel på hur utmaningar kan värderas enligt metoden. Några exempel på hur utmaningar kan värderas enligt metoden.
Utmaningarna är av flera olika slag, bl.a.: Acceptansen för en snabb förändring: Ny teknik och nya system måste till, inte minst i transportsektorn och industrin, men även i stor skala i elsystemet. Regelverk, tillståndsprövning, lokal acceptans, etc. är faktorer som bromsar i omställningen. Utmaningen är stor att övervinna dessa. Leverans och försörjningssäkerhet: Många framtidsscenarier har inte alls tagit höjd för leveranssäkerheten på t.ex. elmarknaden. Om de scenarierna genomförs, är risken mycket stor att vi tidvis får effektbrist på elmarknaden. Men även: teknik och systemutveckling, trögheter, marknadsförändringar etc. Vår tidigare utvärdering av utmaningarna i scenarierna för EU och Norden visar på flera viktiga slutsatser: Omställningen skapar mycket stora utmaningar; så stora att man kan argumentera för att möjligheten att man skall lyckas fullt ut i omställningen är begränsad. Utmaningarna är ungefär lika stora oavsett vilket scenario man väljer, och utmaningarna i Sverige och Norden är av samma storleksordning som i EU som helhet. Utmaningarna för den framtida omställningen 21 25 är mycket större än den omställning av energisystemet vi genomfört i Sverige 197 21. 5 45 4 35 3 25 2 15 1 Mton CO2 Måttliga utmaningar Stora utmaningar Mycket stora utmaningar CO2 emissioner EU CO2 emissions (Mton) 25 2 15 1 5 Norden Måttliga utman. Stora utmaningar Mkt stora utman. CO2 emissions 5 Källa: EU Roadmap 25 Primes resultat 25 21 215 22 225 23 235 24 245 25 25 29 216 223 23 237 244 251 Utmaningarna i omställningen är stora. Figuren visar de utmaningar som en minskning av CO 2 utsläppen medför i två scenarier med stor andel förnybart, dels ett scenario för EU från Energy Roadmap (vänstra), dels vår analys för utsläppsminskning i Norden. Utmaningarna har värderats med en scorecardmetod. Metodutveckling Värderingen av utmaningarnas storlek är i denna första version av vårt scorecard gjordes på en aggregera nivå. Såväl industrin som transportsektorn hanterades på sektorsnivå, och inte på branschrespektive fordonsslagsnivå. I denna fortsatta utveckling av metoden har vi brutit ner analysen av industrin och transportsektorn, och utvärderat utmaningarna per industribransch respektive fordonsslag. Vi har inledningsvis gjort det för Sverige, där vi har bäst datatillgänglighet. Vi har också haft möjlighet att kvalitetssäkra analysen och dess resultat i nära samverkan med experter inom varje industribransch respektive inom varje expertområde för transportsektorn.
Utmaningarna i svensk industri som helhet I ett omfattande kartläggnings och analysarbete har vi kvantifierat utmaningarna för koldioxidreduktion i svensk industri, bransch för bransch. Såväl internationella som nationella forskares och experters rapporter och data har utnyttjats och utvärderats. I utvärderingen har vi också haft en dialog med Svenskt Näringslivs och SKGS experter. Kartläggningen av utmaningarna presenteras nedan. Den framtida utvecklingen i industrin som helhet Industrins totala energianvändning har varit relativt stabil sedan 197 talet, med undantag för perioder av lågkonjunkturer. Det totala förädlingsvärde i industrin har ökat med runt 2 procent under samma period. Bränslemixen inom industrins har ändrats sedan 197 talet. Under senare år har dock förändringarna varit relativt måttliga. Den största andelen av industrins energianvändning sker inom: massa och pappersindustrin (cirka hälften av industrins användning), järn och stålindustrin, inklusive gruvindustrin (cirka 2 %), kemiindustrin (cirka 5 7 %) och verkstadsindustrin (drygt 5 %) 18 25 16 14 12 2 Total energianvändning TWh 1 8 6 4 FV El Biomassa Oljeprod+gas Kol+koks TWh 15 1 2 5 Elanvändning År 199 2 21 22 23 24 25 Total energianvändning inom industrin i vårt omställningsscenario (vänstra bilden). I den högra bilden anges omställningsscenariets utveckling med ljusa linjer, i jämförelse med en tänkt business as usual utveckling (mörka linjer). El och biobränsle står för de största andelarna av industrins energianvändning (cirka 35 % vardera). Biobränsleanvändningen domineras av skogsindustrierna (massa och pappersindustrin samt trävaruindustrin) och användningen av kolbaserade bränslen sker främst inom järn och stålindustrin, men även i viss mån inom gruvindustrin och cement och kalkindustrin. Utvecklingen av dessa bränslen är därför starkt kopplade till den antagna produktionsutvecklingen inom respektive bransch.
Utvärdering av utmaningarna i omställningen I de scenarier från bl.a. WWF och Greenpeace, som siktar mot ett helt förnybar energisystem, är förväntningarna på omställningen inom industrin extra stor. Strukturomvandlingar och helt ny teknik och processer antas, i dessa scenarier, komma på plats i god tid till 25. I de tre modellscenarier vi analyserat är omställningen inom industrin mycket måttligare, om än i tydlig riktning mot minskad klimatpåverkan. Nedan ges totalbilden för utmaningarna inom svensk industri, värderade med vår scorecardmetod. Mton 2 >1% 15 <15% <15% 1 45 5% 5 All industri 21 22 23 24 25 Åtgärder för utsläppsminskning Grön: Befintlig teknik & åtgärder, med måttliga kostnader Gul: Befintlig teknik & åtgärder (BAT), med relativt stora kostnader och/eller processförändringar Ljusröd: Bef.intliga eller nya åtgärder och teknik nära kommersialisering, som medför omfattande investeringar och eller processändringar Röd: Nya åtgärder och ny teknik, som idag delvis är på FoU stadiet Utmaningarna för reduktionen av koldioxidutsläpp i svensk industri som helhet. Utmaningarna har värderats med projektets scorecardmetod. Utvärderingen av utmaningarna branschvis Den branschvisa analysen, som naturligtvis också summerar upp till totalbilden för industrin, visar på såväl likheter som olikheter mellan branscherna. Järn och stålindustrin Järn och stålindustrin är kolbaserad och substitutionsmöjligheterna bedöms vara begränsade, anger bl.a. Energimyndigheten i sin Långsiktsprognos. En stor reduktion av koldioxidutsläppen är därför en mycket stor utmaning för järn och stålindustrin. Genom omfattande processoptimeringar, effektiviseringar, bränslebyten och byten av reduktionsmedel, kan man minska utsläppen med upp till en fjärdedel. Redan denna utsläppsminskning är en stor utmaning (t.o.m. delar av det ljusröda fältet i vänstra figuren nedan). Övrig utsläppsreduktion måste klassas som en mycket stor utmaning (rött i figuren). Då måste ny och oprövad teknik bli tillgänglig, t.ex. CCS, elektrolys/vätgas, direktreduktion och storskaligt råvaruskifte.
Mton 8 7 6 5 4 3 2 1 Järn och Stål 1% 1% >1% 5% 21 22 23 24 25 Grön: processoptimeringar, effektiviseringar Gul: bränslebyten till naturgas Ljusröd: ytterligare bränslebyten, visst byte av reduktionsmedel Röd: storskalig substitution till biomassa (råvaruskifte),ccs, elektrolys/vätgas, direktreduktion Utmaningarna för reduktionen av koldioxidutsläpp i svensk järn och stålindustri. Utmaningarna har värderats med projektets scorecardmetod. Gruvindustrin Gruvindustrins energianvändning ökar i omställningsscenariot, dels på grund av en stark ekonomisk tillväxt och dels på grund av historiskt stora investeringar som gjorts och tas i full drift, eller är beslutade att genomföras under perioden (enligt exempelvis Långsiktsprognosen). 1 Mton,8,6,4,2 Gruvor 1% 2% 1% 4% Grön: effektiviseringar Gul: bränslesubstitution till naturgas Ljusröd: ytterligare bränslesubstitution Röd: storskalig substitution till biomassa, CCS 21 22 23 24 25 Utmaningarna för reduktionen av koldioxidutsläpp i svensk gruvindustri. Utmaningarna har värderats med projektets scorecardmetod. Kemiindustrin Utmaningarna för kemiindustrin är ännu större än för järn och stålindustrin (se figuren nedan). Effektiviseringar och processoptimering bedöms endast kunna ge några procents koldioxidreduktion. För att nå längre måste man byta råvara, från oljeprodukter till förnybar råvara, t.ex. biomassa från
skog och jordbruk eller avfall från industri och hushåll. Utmaningen i ett så omfattande råvaruskifte måste bedömas som mycket stor. 4 Mton 3 2 1 Kemi (inkl. raff) 2 5% cirka 1% upp till 7% Grön: effektiviseringar och processoptimeringar inom raffinaderierna Gul: bränslesubstitution olja till naturgas Ljusröd: inledande råvaruskifte till förnybart (petrokemin) Röd: genomgripande råvaruskifte till förnybart, CCS 21 22 23 24 25 Utmaningarna för reduktionen av koldioxidutsläpp i svensk kemiindustri. Utmaningarna har värderats med projektets scorecardmetod. Massa och pappersindustrin Massa och pappersindustrin, som använder mest energi bland industribranscherna, står för cirka 4 respektive 8 procent av industrins el och biobränsleanvändning. Användningen av fossila bränslen (främst olja används) är liten, varför också utsläppen av koldioxid är proportionellt sett låg. Genom bränslebyten från olja till biobränslen kan utsläppen reduceras, och utmaningen att göra det är inte lika stor som den är för kemiindustrin respektive järn och stålindustrin. 1,5 Mton 1,5 Papper&Massa 25 3% 5 6% 1 2% 21 22 23 24 25 Grön: bränslebyten (från olja till biomassa) i mottrycksanläggningar Gul: bränslebyten (från olja till biomassa) i mesaugnar Ljusröd: ytterligare bränslebyten i mesaugnar Utmaningarna för reduktionen av koldioxidutsläpp i svensk massa och pappersindustri. Utmaningarna har värderats med projektets scorecardmetod.